钢材组织性能的控制(最全).ppt

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钢材组织性能的控制钢材组织性能的控制7.1电磁性能的控制电磁性能的控制硅钢硅钢FeSi合金合金主要用于电机及变压器的铁芯主要用于电机及变压器的铁芯分类：

分类：

按用途来分：

按用途来分：

电机硅钢、变压器硅钢电机硅钢、变压器硅钢按化学成分来分：

低硅按化学成分来分：

低硅（0.81.8%Si）、）、中硅（中硅（1.82.8%Si）、）、高硅（高硅（2.8%Si）按轧制工艺来分：

按轧制工艺来分：

热轧硅钢片、冷轧硅钢片热轧硅钢片、冷轧硅钢片热轧硅钢片：

热轧硅钢片：

电机电机厚厚0.5mm1.02.5%Si变压器变压器厚厚0.35mm3.04.5%Si冷轧硅钢片：

冷轧硅钢片：

3.5%Si无取向硅钢片无取向硅钢片多用于电机多用于电机取向硅钢片取向硅钢片2.83.5%Si单取向硅钢片：

高斯织构单取向硅钢片：

高斯织构（110）001变压器变压器厚厚0.35mm双取向硅钢片：

立方织构双取向硅钢片：

立方织构（001）100仪表工业仪表工业厚厚0.0250.1mm冷轧硅钢片电磁性能优于热轧硅钢片：

冷轧硅钢片电磁性能优于热轧硅钢片：

B25%P3040%体积减少体积减少3040%电能电能一电磁性能的概念一电磁性能的概念磁感应强度磁感应强度B（磁通密度）磁通密度）定义：

在垂直磁场的方向上，材料内部单位面定义：

在垂直磁场的方向上，材料内部单位面积通过的磁力线条数积通过的磁力线条数B0=0nI=0H0真空导磁率真空导磁率加铁芯后：

加铁芯后：

B总总=B0B芯芯B芯芯r0nIHr相对导磁率相对导磁率：

反映材料密集磁力线的能力，即磁化能力反映材料密集磁力线的能力，即磁化能力的大小。

的大小。

、B表示易磁化表示易磁化铁芯损失铁芯损失P单位重量硅钢片在交变磁场作用下的单位重量硅钢片在交变磁场作用下的功率损耗功率损耗磁滞损耗磁滞损耗P1由于磁感应强度的变化始终落后于由于磁感应强度的变化始终落后于磁场的变化磁场的变化所引起的功率损耗所引起的功率损耗H=0,B=Br剩磁现象剩磁现象Br：

剩余磁感应强度剩余磁感应强度Hc：

克服剩磁所加的克服剩磁所加的磁化力，叫磁化力，叫矫顽力矫顽力矫顽力的大小反映了磁矫顽力的大小反映了磁性材料保存剩磁状态的性材料保存剩磁状态的能力能力P1fnAnfn电流频率电流频率An回线面积回线面积磁滞回线所包围的面积越大，磁滞损耗也越大磁滞回线所包围的面积越大，磁滞损耗也越大因为因为AnHc所以所以P1Hc矫矫顽力越大，磁滞损耗越大顽力越大，磁滞损耗越大涡流损耗涡流损耗P2由于交变磁场产生的感生电由于交变磁场产生的感生电流在铁芯内形成涡流而引起流在铁芯内形成涡流而引起的功率损耗的功率损耗感生电流所产生的磁场与感生电流所产生的磁场与原原磁场方向相反，阻碍材料的磁场方向相反，阻碍材料的磁化，并使外磁场能量转变磁化，并使外磁场能量转变成成热量热量。

P2fnBh/h铁芯厚度铁芯厚度铁芯电阻率铁芯电阻率、hP2剩余损耗剩余损耗P3除除P1、P2外的其它功率损耗外的其它功率损耗铁损铁损P=P1P2P3对硅钢片的要求：

对硅钢片的要求：

磁感应强度高磁感应强度高B铁芯损失低铁芯损失低P、h、Hc磁各向异性磁各向异性用用FeSi单晶体试验可知：

单晶体试验可知：

100晶向最易磁化晶向最易磁化111晶向最难磁化晶向最难磁化电机用硅钢：

要求磁各向异性越小越好，纵横方向的电机用硅钢：

要求磁各向异性越小越好，纵横方向的B25差别小于差别小于10%变压器用硅钢：

要求轧制方向为变压器用硅钢：

要求轧制方向为001晶向，晶向，B采用有取向的硅钢片采用有取向的硅钢片（100）001或或（110）001磁致伸缩小磁致伸缩小表面质量好，厚度均匀表面质量好，厚度均匀表面平整，填充系数高表面平整，填充系数高厚度不均，噪音增大，电机振动增大厚度不均，噪音增大，电机振动增大二影响电磁性能的主要因素二影响电磁性能的主要因素晶粒大小晶粒大小dB、P磁磁性好性好如图示：

如图示：

d，P1晶粒取向晶粒取向取向度取向度晶体中易磁化晶向平行于或接晶体中易磁化晶向平行于或接近平行于轧向的晶粒所占的百分比近平行于轧向的晶粒所占的百分比设易磁化晶向与轧向的偏离角为设易磁化晶向与轧向的偏离角为n，nB、P一般工业产品一般工业产品n10高牌号的产品高牌号的产品n5夹杂物夹杂物有害夹杂物有害夹杂物属于稳定的，温度升高不会分解或析出，属于稳定的，温度升高不会分解或析出，如如Al2O3、SiO2、FeO等等等，它们的存在会等，它们的存在会造成晶格畸变造成晶格畸变,产生内应力产生内应力,使磁化阻力使磁化阻力，矫顽力矫顽力，磁滞损耗，磁滞损耗P1夹杂物的影响程度与其数量、形状和弥散夹杂物的影响程度与其数量、形状和弥散程度有关程度有关HcVK/dV夹杂物体积夹杂物体积K夹杂物形状夹杂物形状d夹杂物直径夹杂物直径d，Hc即即夹杂物越细小，影响程度越大夹杂物越细小，影响程度越大有利夹杂物有利夹杂物属于不稳定的，如属于不稳定的，如AlN、MnS有有利夹杂必须具备以下条件：

利夹杂必须具备以下条件：

（a）以细小弥散的质点均匀分布，强烈以细小弥散的质点均匀分布，强烈地阻止初次再结晶晶粒的正常长大。

地阻止初次再结晶晶粒的正常长大。

（b）在二次再结晶温度范围，夹杂物聚集，在二次再结晶温度范围，夹杂物聚集，并随温度升高而溶解，促使二次再结晶并随温度升高而溶解，促使二次再结晶晶粒择优长大而获得晶粒择优长大而获得（110）001高斯织构。

高斯织构。

（c）高温成品退火时，由于退火气氛高温成品退火时，由于退火气氛H2的作的作用而将用而将S和和N去除掉，或在高温下使这些去除掉，或在高温下使这些夹杂物聚集成更大的颗粒而减少其有害夹杂物聚集成更大的颗粒而减少其有害的影响。

的影响。

化学成分化学成分最不利元素最不利元素C使使区扩大区扩大高温退火时，使织构破坏，取向度高温退火时，使织构破坏，取向度与铁形成间隙式的固溶体与铁形成间隙式的固溶体使晶格畸变使晶格畸变，内应力，内应力，磁化阻力，磁化阻力形成珠光体、渗碳体形成珠光体、渗碳体降低磁性，使硅钢片变脆降低磁性，使硅钢片变脆因此，希望因此，希望C%，一般一般C%0.02%最有利元素最有利元素Si使使区缩小区缩小使高温退火形成的织构使高温退火形成的织构不会在冷却时因相变而遭到破坏。

不会在冷却时因相变而遭到破坏。

与铁形成置换固溶体与铁形成置换固溶体晶格畸变小晶格畸变小促进石墨化促进石墨化使电阻增加使电阻增加降低涡流损耗降低涡流损耗促使铁素体晶粒粗化促使铁素体晶粒粗化使矫顽力降低，磁滞损耗下降使矫顽力降低，磁滞损耗下降Mn、S、N虽属不利元素，但生成虽属不利元素，但生成MnS、AlN则变为有利。

因此，生产中往往含则变为有利。

因此，生产中往往含有一定量的硫和锰或铝和氮，形成有一定量的硫和锰或铝和氮，形成有利夹杂，提高冷轧硅钢的取向度。

有利夹杂，提高冷轧硅钢的取向度。

铁芯厚度铁芯厚度h涡流损耗涡流损耗P2fnBh/h，P2另：

另：

h，单位厚度铁芯内的界面增多，磁化，单位厚度铁芯内的界面增多，磁化阻力增加，矫顽力增大，磁滞损耗阻力增加，矫顽力增大，磁滞损耗P1当温度、晶粒尺寸、取当温度、晶粒尺寸、取向度不变时向度不变时钢片厚度与铁损的关系钢片厚度与铁损的关系如图示如图示三轧制工艺制度的控制三轧制工艺制度的控制典型生产工艺流程典型生产工艺流程:

12冶炼冶炼铸锭铸锭开坯开坯热轧成热轧成2.2mm厚的板卷厚的板卷初退火初退火酸洗酸洗第一次冷轧成第一次冷轧成0.7mm厚的板卷厚的板卷中间退火中间退火第二次冷轧成第二次冷轧成0.35mm厚的板卷厚的板卷脱脱C退火退火涂涂MgO粉粉（以防高温退火时粘结以防高温退火时粘结）高温退火高温退火涂绝缘层涂绝缘层拉伸退火拉伸退火剪切剪切检验检验入库入库1加热加热提高加热温度、延长加热时间对磁性有利提高加热温度、延长加热时间对磁性有利使有利夹杂充分固溶使有利夹杂充分固溶铁素体晶粒尺寸变大铁素体晶粒尺寸变大使有害夹杂聚集长大，减小其有害性使有害夹杂聚集长大，减小其有害性脱脱C减小偏析现象减小偏析现象板坯的加热温度控制在板坯的加热温度控制在1300左右，最高左右，最高可达可达1350。

热轧热轧终轧温度终轧温度T终终850完全再结晶、不使完全再结晶、不使AlN在热轧过程中析出在热轧过程中析出变形程度变形程度，等轴晶深度等轴晶深度轧制速度轧制速度快快不使不使AlN在热轧时析出在热轧时析出冷却速度冷却速度快快卷取温度卷取温度低低一般一般T卷卷700T卷卷B、P磁性磁性B（千高斯千高斯）P（瓦公斤瓦公斤）T卷卷B25B50B100P10P15P1750055018.119.420.60.6251.8692.4765070016.117.719.70.881.952.64冷轧冷轧为了形成为了形成（110）001二次再结晶织构，二次再结晶织构，必须在冷轧带钢中存在必须在冷轧带钢中存在（111）112取向的取向的晶粒。

从晶体学来看，晶粒。

从晶体学来看，（111）112晶格畸晶格畸变最大，再结晶能力最强，绕变最大，再结晶能力最强，绕（110）轴转轴转35就得到就得到（110）001高斯织构。

高斯织构。

第二次冷轧的总压下率对磁性影响大第二次冷轧的总压下率对磁性影响大1第一道次压下率第一道次压下率135%为宜为宜这时冷轧织构中的这时冷轧织构中的（111）112组分加强，再组分加强，再结晶退火结晶退火（110）001织构，使成品的取向织构，使成品的取向度和磁性提高。

度和磁性提高。

总压下率总压下率实验表明，实验表明，50%为为好，成品好，成品（110）001取向度最高，铁损最低。

取向度最高，铁损最低。

第二次冷轧总压下率第二次冷轧总压下率P10/50B25B50（%）（瓦公斤瓦公斤）（高斯高斯）（高斯高斯）300.551800019100520.511900019800700.531815018850总压下率一定，道次压下率增大时，磁性好总压下率一定，道次压下率增大时，磁性好轧制道次数轧制道次数B25（高斯高斯）P10（瓦公斤瓦公斤）26次次173000.9016次次181000.68退火退火1初退火初退火热轧后退火热轧后退火目的：

使组织均匀化、去除应力、脱目的：

使组织均匀化、去除应力、脱C中间退火（初次再结晶退火）中间退火（初次再结晶退火）去除应力，消除加工硬化，为第二次冷轧作去除应力，消除加工硬化，为第二次冷轧作准备准备完成初次再结晶，在完成初次再结晶，在（111）112织构的基础织构的基础上形成少量上形成少量（35%）（110）001再结晶织构。

再结晶织构。

脱脱C脱脱C退火退火脱脱C形成形成SiO2薄膜薄膜涂隔离层涂隔离层MgO，以防高温退火时带钢发以防高温退火时带钢发生粘结。

生粘结。

成品高温退火成品高温退火（二次再结晶退火）（二次再结晶退火）形成粗大的形成粗大的（110）001再结晶织构，使再结晶织构，使成品获得高的取向度成品获得高的取向度使夹杂物聚集长大使夹杂物聚集长大脱脱C，使，使C石墨化石墨化脱脱S、N，减，减少和去除钢中的夹杂物少和去除钢中的夹杂物AlN+H2Al+NH3MnS+H2Mn+H2S拉伸平整退火拉伸平整退火平整板面，消除瓢曲和浪形，使填充系数平整板面，消除瓢曲和浪形，使填充系数改善磁织构，取向度改善磁织构，取向度，降低铁损降低铁损减少磁致伸缩，降低噪音减少磁致伸缩，降低噪音涂绝缘层：

提高层间电